JP5486216B2 - 位置ビーコン受信装置、位置ビーコン受信方法、及び送信装置。 - Google Patents

位置ビーコン受信装置、位置ビーコン受信方法、及び送信装置。 Download PDF

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Description

本発明の技術分野は、屋内測位と位置感知に関し、特に、クライアント側で位置計算を行ない、対象に自分自身の物理的な位置を知らせる超音波に基づいた屋内測位システム、装置および方法に関する。
疑いなく、位置情報は、利用者の行動をより理解するために利用者と環境の地理的な関係を抽出するのに利用される基本的なコンテンツである。位置認識（Location-aware）アプリケーションの重要性および将来性は、特に屋内や都市の環境におおける位置情報を提供するシステムの設計および実施に結びつく。現在、オフィス、ヘルスケア、炭鉱、地下鉄道、スマートビルディング、レストランなどを含む様々な適用シナリオ（application scenarios）において、リアルタイムに人々と資産の高精度トラッキングに対する市場のニーズが増加している。例えば、オフィス環境において、従業員は、一定の安全な区域で秘密情報データベースにアクセスすることを要求される。区域の外では、どのようなアクセスも禁止される。安全な区域の例としては、シングルルーム、作業領域の一部およびテーブルなどが考えられる。
周知のグローバル・ポジショニング・システム（ＧＰＳ）は、数１０メートルの精度で屋外における対象の位置情報を提供することができる。しかし、室内環境においては、ＧＰＳのポジショニング結果がマルチパスの影響および信号の障害物によってダイナミックに下げられるのでＧＰＳはうまく機能しない。
概念的に、屋内測位システムは、追尾システムやナビゲートシステムに分類することができる。追尾システムにおいては、追跡で対象の位置を捜し出すために位置計算をサーバ側で実行する。この場合、データベースは、すべての存在の位置の軌跡を保持する。そのために、利用者のプライバシーが保証されない可能性がある。
さらに、追尾システムにおいては、制御および管理機能の全てがサーバ側に集中化される。このため、スケーラブルな方法でシステムを配置して実施することができない。
例えば、「赤外線ビーコン位置システム」というタイトルの米国特許６，２１６，０８７号においては、隣接ベースの測位システム「Active
badge」は、
各部屋に配置された赤外線ビーコンと、一定の時間間隔毎に一意のＩＤをブロードキャストする小型軽量の赤外線トランシーバーである移動ユニットからなる双方向赤外線リンクを構築する。
赤外線信号は壁をほとんど貫通しないので、ＩＤブロードキャストはオフィスの中で容易に阻止され、部屋単位での高精度位置測定が提供される。
「対象の位置と他の情報を判定するための検出システム」というタイトルの米国特許６，４９３，６４９号のＢａｔシステムにおいては、利用者は、集中システムによる無線が引き金となって超音波パルスを発する小さなバッジを身につける。
このシステムは、バッジから天井に設置された多数の受信器配列までのパルスＴＯＡ（到着時間）を判定し、多辺測量アルゴリズムに基づいてバッジの３Ｄ位置を計算する。
「オブジェクトの位置決定のためのシステムおよび方法」というタイトルの国際公開 No．WO 03/087871 A1の「Ｓｏｎｉｔｏｒ」システムは、部屋単位の位置精度を達成するための超音波のみの屋内測位システムを提供する。Ｓｏｎｉｔｏｒのタグは、リスニングエリアにある受信器に、２０ｋＨｚから４０ｋＨｚの超音波信号を送信する。周波数変調をよって、それぞれのタグは受信器に一意の信号を伝え、受信器はアルゴリズムを使用して信号を読み取り、中央サーバへそれらのＩＤを転送する。
一方、ナビゲートシステムは、クライアント側で位置計算を実行し、対象に自分自身の物理的位置を知らせることを目的とする。他者に発見されたくない場合には、利用者は自身の位置を知らせない。この方法によって、利用者のプライバシー関係を十分に守ることができる。
非特許文書「ＲＡＤＡＲ：An In-Building RF-based User Location and
Tracking System（ＲＦベースの利用者測位と追尾システムの構築）、Ｐ．Ｂａｈｌ．ｅｔｃ．、Proc.ＩＥＥＥ ＩＮＦＯＣＯＭ、２０００”においては、８０２．１１の無線ネットワークにおいて受信した信号の強さに基づいた測位システムが提示されている。
基本的なＲＡＤＡＲ測位方法は、２つの工程で実行される。まず、オフラインの工程において、システムが正確に調整され、また、ターゲット・エリアに分布された位置での受信信号の強度を有するモデルが作成される。次に、ターゲット・エリアにおけるオンライン処理中に、移動ユニットは、信号強度を各基地局から受信したことを知らせる。また、システムは、オンライン測定とオンラインモデルにおける任意の地点の間の最良のマッチを判定する。最良のマッチング地点の位置が位置推定値として報告される。

しかしながら、建物内のＲＦ伝播が実験による数学モデルから極度に外れるため、位置を推定するために信号強度を利用するＲＦ（無線周波数）システムは、満足な結果をもたらすことができない。
さらに、非特許文書「クリケット位置支援システム、The Cricket Location-Support System, B.
Nissanka, etc., Proceedings of the Sixth International Conference on Mobile
Computing and Networking, Boston, Massachusetts, USA, August 2000」においては、「クリケット」システムが提示される。

図１に示すように、クリケット・システムは、建物に設置された独立して分離した複数の超音波位置ビーコン（ＵＬＢ）送信器を備える。

各ＵＬＢ送信器は、ＲＦ送信器およびＵＳ（超音波）送信器の両方を含んでいる。
作動中、クリーンなＲＦチャンネルを認識すると、各ＲＦ送信器がＲＦ信号を発し、同時に、超音波送信器が超音波信号を発する。

対象に携帯される受信器は、まず各ＵＬＢ送信器と同期をとるためのＲＦ信号を受信し、到着時間（ＴＯＡ）を利用して送信器と受信器の間の距離を測定するために超音波信号を受信する。その後、対象が３つ以上のＴＯＡサンプルを受信すると、ナビゲートするためにそれ自身の物理的な位置を推測する。
米国特許６，２１６，０８７号 米国特許６，４９３，６４９号 国際公開 No．WO 03/087871 A1
ＲＡＤＡＲ：An In-Building RF-based User Location and TrackingSystem（ＲＦベースの利用者測位と追尾システムの構築）、Ｐ．Ｂａｈｌ．ｅｔｃ．、Proc.ＩＥＥＥ ＩＮＦＯＣＯＭ、２０００ クリケット位置支援システム、The Cricket Location-Support System, B. Nissanka,etc., Proceedings of the Sixth International Conference on Mobile Computing andNetworking, Boston, Massachusetts, USA, August 2000

しかしながら、クリケットシステムには以下のような問題点がある。

１）クリケットシステムにおいて使用される複数のＲＦ送信と複数の超音波送信は、調整をかなり複雑にし、かつシステムコストを増加させる。

２）ＲＦ送信器が任意に選択され、１台のＵＬＢ送信器だけがＲＦと超音波信号を一度に発するので、すべてのＵＬＢ送信器からのＲＦ放射が無秩序である。

３）対象は一度にただ１つの超音波ビーコンを受信し、異なるビーコンを受信する位置に移動する。

その結果、複数の距離サンプルの同時存在は保証されず、それにより不正確な位置推定をもたらす可能性がある。
本発明の目的は、上述の課題を解決し、利用者のプライバシーを保護することができ、かつ分散化が可能であり、高精度でかつローコストで実用化できる屋内測位システムを提供することにある。

自律超音波の屋内測位システムは、位置ビーコン送信装置および位置ビーコン受信装置を含む。
位置ビーコン送信装置は、同期情報を含む信号の送信と同時に、所定時間間隔で超音波信号を連続して送信するように構成される。
位置ビーコン受信装置は、同期情報が検出されると、位置送信装置と同期し、取得した同期タイミングに基づいて受信した超音波信号の送信順序を判定し、判定した送信順番に基づいてそれぞれの超音波信号の送信タイミングを推測し、各超音波信号の送信タイミングと受信タイミングから、受信した各超音波信号に対応するＴＯＡ情報を計算し、送信装置における超音波送信器の位置と計算されたＴＯＡ情報シーケンスに基づいて、位置ビーコン受信装置の位置を判定する。
本発明による位置ビーコン受信装置は、送信装置からの位置ビーコンを受信する位置ビーコン受信装置であって、同期情報を含む第１信号を受信する第１信号受信器と、第２の信号を連続して受信する第２信号受信器と、第１信号に含まれる同期情報を利用して送信装置との同期をとり、同期タイミングを取得する同期ユニットと、同期タイミングに基づいて第２信号受信器によって受信した第２信号のそれぞれの送信順番を識別する順番識別ユニットと、順番識別ユニットによって識別したそれぞれの第２信号の送信順序に基づいて各第２信号に対応するＴＯＡ情報シーケンスを取得するＴＯＡ取得ユニットと、ｎ（ｎは第２信号送信元の数）番目のＴＯＡ情報をＴＯＡ取得ユニットから受信すると、各第２信号の送信元の位置と、ＴＯＡ取得ユニットによって取得したＴＯＡ情報シーケンスに基づいて、受信装置の位置を計算する位置計算ユニットとを備え、第１信号受信器は、第２信号の送信元の送信元位置決定情報、第２信号送信元の送信時間間隔情報、第１信号の送信元の送信タイミングの、一部又は全てを受信し、送信元位置決定情報は、第２信号の送信元の構成情報であり、順番識別ユニットは、最初の第２信号送信元の送信タイミングから始まる期間を、送信時間間隔でｎ（ｎは第２信号送信元の数）間隔に分割し、第２の信号の受信タイミングがｉ（i=1, 2, …, n）番目の間隔にあると、受信した別の信号の送信順番がｉであると判定する送信順番判定部と、送信順番判定部によって判定された送信順番に基づいて、受信した各第２信号について送信タイミングを推測する第２信号送信タイミング推測部を備え、位置計算ユニットは、構成情報に基づいて、ｉ番目の第２信号の送信元の位置を判定する。
本発明による位置ビーコン受信方法は、送信装置からの位置ビーコンを受信する受信装置における位置ビーコン受信方法であって、第１信号受信器で、同期情報を含む第１信号を受信し、第２信号受信器で、第２の信号を連続して受信し、同期ユニットで、第１信号に含まれる同期情報を利用して送信装置との同期をとり、同期タイミングを取得し、順番識別ユニットで、同期タイミングに基づいて第２信号受信器によって受信した第２信号のそれぞれの送信順番を識別し、ＴＯＡ取得ユニットで、順番識別ユニットによって識別したそれぞれの第２信号の送信順序に基づいて各第２信号に対応するＴＯＡ情報シーケンスを取得し、ｎ（ｎは第２信号送信元の数）番目のＴＯＡ情報をＴＯＡ取得ユニットから受信すると、位置計算ユニットで、第２信号受信器によって受信した各第２信号の送信元の位置と、ＴＯＡ取得ユニットによって取得したＴＯＡ情報シーケンスに基づいて、受信装置の位置を計算し、第１信号受信器で、第２信号の送信元の送信元位置決定情報、第２信号送信元の送信時間間隔情報、第１信号の送信元の送信タイミングの、一部又は全てを受信し、送信元位置決定情報は、第２信号の送信元の構成情報であり、順番識別ユニットが、最初の第２信号送信元の送信タイミングから始まる期間を、送信時間間隔でｎ（ｎは第２信号送信元の数）間隔に分割し、第２の信号の受信タイミングがｉ（i=1, 2, …, n）番目の間隔にあると、受信した別の信号の送信順番がｉであると判定する送信順番判定ステップと、送信順番判定ステップによって判定された送信順番に基づいて、受信した各第２信号について送信タイミングを推測する第２信号送信タイミング推測ステップを有し、位置計算ユニットで、構成情報に基づいて、ｉ番目の第２信号の送信元の位置を判定する。
関連技術と比較して、本発明において提示する自律超音波屋内測位システムは、調整の複雑さが低く、利用者のプライバシーの保護と高い位置精度およびリアルタイム位置の取得を可能にする効果を達成する。
本発明の屋内測位システムは、位置ビーコンを送信するための簡単なメカニズムを備え、単純化された方法で、位置計算のための同期情報の送信と超音波信号の送信を統合することができる。
本発明の屋内測位システムは、管理とメンテナンスのための中央サーバを備える必要をなくし、受信器側で位置計算を実行するため、実用化シナリオに対して高いスケーラビリティを有する。
従来技術の超音波測位システムを概要を示す図である。 本発明の実施の形態による超音波測位システムの概要を示す図である。 本発明の実施の形態による超音波位置ビーコン送信装置の詳細な構成例を示すブロック図である。 （ａ）は、六角形のスター・トポロジを一例として挙げて、本実施の形態によるＵＬＢ送信装置２００の構成を示し、（ｂ）は、本実施の形態による、ＵＬＢ送信装置２００の構造型超音波連続送信メカニズムを示すブロック図である。 本発明の実施の形態による送信時間間隔が間違って選択されている３つの受信ケースを例示する図である。 本発明の実施の形態による送信時間間隔が正確に選択されている受信事例を例示する図である。 本発明の実施の形態によるＵＬＢ受信装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態によるＵＬＢ受信装置内の順番識別ユニットの詳細な構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態による、ＵＬＢ送信装置のバックオフ時間Tbackoff、および考慮に入れたＵＬＢ受信装置の同期遅れを有するＵＬＢ受信装置のタイムラインチャートである。 本発明の実施の形態によるＵＬＢ受信装置内の連続三角測量位置計算ユニットの詳細な構成例を示すブロック図である。 本発明による連続三角測量部の機能を説明する図である。 本発明の実施の形態によるＵＬＢ連続送信処理を説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態によるＵＬＢ受信処理を説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態による超音波信号送信順番を識別する処理を説明するフローチャートである。 本発明の他の実施の形態によるＵＬＢ受信処理を説明するフローチャートである。
以下、本発明の実施例について添付図面を参照して説明する。
以下の説明において、構成要素および方法の例についての多くの特定の細部は、本発明の理解を完全に支援するために提供される。しかしながら、本発明の実施の形態が、１以上のこれら特定の細部がなくても、他の装置、システム、アセンブリ、方法、構成要素、データ、要素などで実現できることは当業者によって十分に理解されるであろう。他の例において、周知の構成、データあるいは動作は、本発明の実施の形態の性質を不明瞭にしないよう、詳細には述べられていない。この明細書と図面において、同じ参照符号は同じ機能を有する構成要素を示し、これにより重複する記載を省略している。
（システムの概要）
まず、本発明の実施の形態による超音波に基づいた測位システムの概要について説明する。図２は、本実施の形態による超音波（ＵＳ）測位システムを示す概要図である。
図２に示すように、本実施の形態による超音波測位システム１０は、位置ビーコンを送信する天井に設置された超音波位置ビーコン（ＵＬＢ：ultrasonic location beacon）送信装置２０と、位置ビーコンを受信し、受信した位置ビーコンからそれ自身の位置を計算する対象上に所持されたＵＬＢ受信装置３０とを含む。

ＵＬＢ送信装置２０は、単一のＲＦ送信器と、複数の超音波送信器を含む構造型超音波送信器を順に含んでいる。

ＲＦ送信器は、所定の送信タイミング信号に基づいて同期情報を含むＲＦ信号（例えばデータパケット）を送信する。また、複数の超音波送信器は、ＲＦ送信器による同期情報を含むＲＦ信号の送信の後に、所定時間間隔で連続して超音波を送信する。ここで、「位置ビーコン」は、ＲＦ送信器によって送信される同期情報を含む信号と、構造超音波送信器によって送信される超音波信号系列とを含む信号を指している。
構造型超音波送信器に含まれる複数の超音波送信器の位置関係は固定されている。すなわち、構造型超音波送信器に含まれる超音波送信器の数は限定されており、それらの間の間隔は決められている。また、超音波信号は所定の順番で連続して送信される。ここに利用される超音波送信器は、例えば、低コストで、単一の周波数（例えば４０ＫＨｚ）で動作する狭帯域超音波送信器とすることが可能である。それらは起動すると、情報を含まない超音波パルスだけを送信する。
ＵＬＢ受信装置３０は、起動すると、ＵＬＢ送信装置２０から送信された同期情報を検出し始め、検出した同期情報を利用してＵＬＢ送信装置２０と同期し、ＵＬＢ送信装置２０から送信された超音波信号シーケンスを連続して検出し、検出した超音波信号シーケンスを利用してそれ自身の位置を計算する。
本実施の形態においては、一実施例として、ＲＦ送信器は同期情報を送信するための装置として利用される。しかしながら、本発明はこの特定の実施例に限定されない。他の実施の形態において、マイクロ波送信器および赤外線送信器のような装置を、同期情報を含む信号の送信のために利用することも可能である。
さらに、本実施の形態において、位置ビーコンは超音波信号シーケンスを含んでいる。また、超音波シーケンスに加えて、位置ビーコンは、電磁波よりゆっくり伝わる、音波シーケンス、可聴下音波シーケンスあるいは他の機械的な波シーケンスを含むかもしれない。
図２に示される本実施の形態による構造型超音波送信器は、７つの超音波送信器を含み、かつ規則的な六角形の構造を有する構成となっている。しかし、本発明はそのような構成に限定されない。超音波送信器の数は、必要に応じて増加または減少することが可能であり、また、アプリケーション・シナリオに応じて任意の形の構造が使用可能である。さらに、図２において受信装置３０は、人間に所持される場合が示されている。しかしながら、本発明は、もちろんそのような例に限定されない。代わりに、受信装置３０は、捜し出し、或いはナビゲートする必要のあるすべての対象に取り付けることが可能である。
（位置ビーコン送信装置）
本発明による位置ビーコン送信装置の詳細な構成について、以下に説明する。本発明の位置ビーコン送信装置は、第１信号の送信器および複数の第２信号の送信器を含む。第１信号は、例えばＲＦ信号、マイクロ波信号、赤外線信号などであり、第２の信号は、例えば電磁波よりゆっくり伝わる、音波信号、可聴下周波の信号あるいは他の機械的な波である。
ここでは、ＲＦ送信器および超音波送信器を実施例として挙げて、本発明による位置ビーコン送信装置について説明する。図３は、本発明の実施の形態による超音波位置ビーコン（ＵＬＢ）送信装置１００の詳細な構成例を示すブロック図である。
図３に示すように、本実施の形態によるＵＬＢ送信装置１００は、同期情報を含むＲＦ信号（例えば、ＲＦパケット）を送信するＲＦ送信器１０１と、所定時間間隔で超音波信号を連続して送信する複数の超音波送信器１０２＿１〜１０２＿ｎ（ここで、ｎは自然数）を含む構造型超音波送信器１０２と、ＲＦ送信器１０１および構造型超音波送信器１０２の送信タイミングを制御する送信タイミング制御装置１０３とを含む。
一例として、ＲＦ送信器１０１はさらに次の付加情報を送信することが可能である。構造型超音波送信器１０２の送信器位置判定情報、超音波送信器１０２＿１〜１０２＿ｎの送信時間間隔及び（又は）バックオフ時間に関する情報。様々なアプリケーション・シナリオに応じて、送信器位置判定情報は、超音波送信器の構造的情報あるいは座標などによって直接各超音波送信器の位置を示す位置情報などである。超音波送信器の構造的情報としては、例えば、超音波送信器の数、超音波送信器の間の間隔、構造型超音波送信器のトポロジーなどである。構造的情報は、各超音波送信器の位置を計算するために受信器側で利用される。バックオフ時間は、ＲＦ送信器１０１と構造型超音波送信器の間で、送信タイミングを調整するための時間遅れである。付加情報と同期情報は、例えば、同時送信のためにＲＦパケットにパッケージ化されて送信され、あるいはそれぞれ別々に送信される。
図３に示される送信タイミング制御装置１０３はタイミング生成手段１０３１および超音波送信制御手段１０３２を含む。タイミング生成手段１０３１は、所定の周期でＲＦ送信タイミング信号を生成し、超音波送信制御手段１０３２およびＲＦ送信器１０１に生成したＲＦ送信タイミング信号を出力する。ＲＦ送信器１０１は、タイミング生成手段１０３１から受信したＲＦ送信タイミング信号に基づいてＲＦ信号を送信する。超音波送信制御手段１０３２は、タイミング生成手段１０３１から受信したＲＦ送信タイミング信号に基づいて所定の間隔で超音波送信タイミング信号シーケンスTpolling, 1-Tpolling, nを生成し、有線または無線通信によって構造型超音波送信器１０２に超音波送信タイミング信号シーケンスを送る。特に、タイミング生成手段１０３１によって生成されたＲＦ送信タイミング信号を受信すると、超音波送信制御手段１０３２は、第１の超音波送信タイミング信号Tpolling, 1を生成し、それを超音波送信器１０２＿１に送る。所定時間間隔Tintervalの後、超音波送信制御手段１０３２は、第2の超音波送信タイミング信号Tpolling, 2を生成し、それを超音波送信器１０２＿２に送る。最後に、超音波送信制御手段１０３２は、最後の超音波送信タイミング信号Tpolling, nを生成し、それを超音波送信器１０２＿ｎに送る。所期の超音波送信タイミング信号の受信に応答して、複数の超音波送信器１０２＿１〜１０２＿ｎは、連続して超音波信号を送信する。これによって、複数の超音波送信器は、所定の間隔かつ一定の順番で超音波信号の連続送信を実現する。これにより、送信タイミング制御装置１０３は、ポーリング（連続送信）制御期間を完了する。また、構造型超音波送信器１０２は、ポーリング期間を完了する。
（構造型超音波の連続送信メカニズム）
次に、図４を参照して、本発明の実施の形態によるＵＬＢ送信装置２００の構造型超音波の連続送信メカニズムについて説明する。図４は、本実施の形態による構造型超音波の連続送信メカニズムを示す概略図であり、図４（ａ）は、一例として六角形のスター・トポロジを挙げて本実施の形態によるＵＬＢ送信装置２００の構造を示す概略図であり、図４（ｂ）は、本実施の形態によるＵＬＢ送信装置２００の構造型超音波の連続送信メカニズムを示すブロック図である。

図４（ａ）に示すように、本実施の形態によるＵＬＢ送信装置２００は、１の番号が付されたＲＦ送信器と共にセンターに位置する超音波送信器、および予め定義された方法（ここでは、反時計回りの順番）で２〜７の番号が付された周囲の超音波送信器からなるＲＦ送信器および７つの超音波送信器を含む。ここで、超音波送信器の順序を表す番号は、各超音波送信器の送信順序を示している。
図４（ｂ）に示されるように、ＲＦ送信器が同期情報を含むＲＦ信号を送信すると、超音波送信器は、例えば、送信器１、送信器２、・・・、送信器７の順に、連続して超音波信号を送信する。最後の超音波送信器が超音波送信を終えた後、処理は、次の超音波連続送信期間を開始するために、ＲＦ送信器による別のＲＦ送信を待つ。２つの隣接した超音波送信器間の時間間隔は、各超音波送信器の送信タイミングが正確に規定されるようにTintervalに固定されている。ここで、ＲＦ送信器のＲＦ送信期間はポーリング期間として定義される。バックオフ時間（すなわち、ＲＦ送信器の送信タイミングに比べた第１の超音波送信器の送信タイミングの時間遅れ）を無視する場合、１と番号付けられた超音波送信器は、ＲＦ送信器によるＲＦ信号送信と同期して第１の超音波信号を送信するように構成される。
この場合、ポーリング期間は以下のように表わされる。

TpollingPeriod, = (n-1)・Tinterval…
(1)

（構造型超音波送信器の伝送時間間隔の選択）
以下、本発明による構造型超音波送信器の伝送時間間隔Tintervalの選択について、図５と図６を参照して説明する。図５は、送信時間間隔Tintervalが間違って選択されている３つの受信ケースを例示する概略図であり、図６は、送信時間間隔Tintervalが正確に選択されている受信ケースを例示する概略図である。
図５に示すように、超音波送信器１と超音波送信器２は、一定の時間間隔で超音波信号を送信する。
ＵＬＢ受信装置が超音波送信器２に接近し、超音波送信器１から比較的離れているので、超音波送信器１からＵＬＢ受信装置までの伝播時間は、超音波送信器２からＵＬＢ受信装置までのそれより長くなる。

したがって、受信器側での超音波到着には３つの可能なケースがある。

（ａ） 超音波送信器２がその超音波パルスを放射した後、ＵＬＢ受信装置が２つの超音波パルスを受信する。
（ｂ） ＵＬＢ受信装置は混合パルスを受信する。
（ｃ）ＵＬＢ受信装置による超音波パルスの受信順序は、それらの送信順序と一致しない。すなわち、超音波パルスの到着は不規則である。

３つのケースにおいては、ＵＬＢ受信装置は、受信した超音波パルスの各々がどの超音波送信器から送信されたかを判断することができない。その結果、ＵＬＢ受信装置は、超音波送信器までの間隔を計算するためにその超音波パルスを利用することができず、ＵＬＢ受信装置自体の位置を計算することができないことになる。
しかしながら、慎重に送信時間間隔Ｔｉｎｔｅｒｖａｌを選択することによって、そのような間違ったケースを回避することが可能である。

超音波信号の空気における伝播減衰が高くその伝播期間が短いことを考慮すると、送信時間間隔Tintervalは、空気中の超音波信号の経過時間（すなわち、超音波信号が送信されてから完全に消滅するまでの時間）より長く選択される。

実際上、超音波信号は約３０ミリ秒の後に経過する。したがって、送信時間間隔Tintervalは３０から４０ミリ秒の間で選択することができる。

言いかえれば、前の超音波送信器からの超音波信号が消滅するまで、次の超音波送信器がその超音波信号を放射し始めることが可能でないことは保証されるべきである。

図６に示すように、超音波送信器１によって送信された超音波信号がＵＬＢ受信装置によって受信され、完全に消滅するまで、超音波送信器２は超音波信号を放射しない。
構造型超音波送信器の送信時間間隔が、超音波送信器の送信能力に依存して変更されることは当業者にとって十分に理解される。

（ＵＬＢ受信装置の詳細な構成）
以下に、本発明に従って、対象の位置計算を可能にする第１の信号と第2の信号を含む位置ビーコンを受信する受信装置の構成の詳細について説明する。

上述したように、第１の信号は、例えばＲＦ信号、マイクロ波信号、赤外線信号などである；
また、第２の信号は、例えば電磁波よりゆっくり伝わる音波信号、可聴下周波の信号あるいは機械的な波である。
具体的としてＲＦ信号および超音波信号を含む位置ビーコンを挙げて、本発明の実施の形態によるＵＬＢ受信装置３００の詳細な構成を説明する。図７に示すように、本実施の形態によるＵＬＢ受信装置３００は、ＲＦ受信ユニット３０１、超音波受信ユニット３０２、同期ユニット３０３、順序識別ユニット３０４、ＴＯＡ取得ユニット３０５、位置計算ユニット３０６、記憶装置３０７及びディスプレイ３０８を含む。
ＵＬＢ受信装置３００が起動すると、ＲＦ受信ユニット３０１は、ＵＬＢ送信装置から送信された同期情報を含むＲＦ信号を受信し、それを同期ユニット３０３に送る。本実施の形態のＲＦ受信ユニット３０１は、同期情報の検出により超音波受信トリガー信号を生成し、その信号を超音波受信ユニット３０２に送る超音波受信トリガーユニット３０１１を含む。
超音波受信トリガーユニット３０１１から送信された超音波受信トリガー信号を受信すると、超音波受信ユニット３０２は、超音波信号を検出し始め、検出した超音波信号を連続して順序識別ユニット３０４に送信する。
ＲＦ受信ユニット３０１から受信したＲＦ信号に含まれる同期情報に基づいて、同期ユニット３０３は、ＵＬＢ送信装置と同期し、記憶装置３０７に格納されている同期タイミングT0を取得する。同期は、既に知られている同期技術（例えば、ＲＦパケットに同期バイトをセットする等）を利用することによって実行される。
ＵＬＢ送信装置から送信されたＲＦ信号が上述した付加情報を含んでいる場合、本実施の形態の同期ユニット３０３は、受信したＲＦ信号から同期情報以外の付加情報を抽出するユニット３０３１を抽出する付加情報を含む。付加情報抽出ユニット３０３１は、抽出した付加情報を記憶装置３０７に格納する。 実施の形態の変形例として、付加情報を、ＵＬＢ送信装置から受信する代わりに記憶装置３０７に予め格納しておくことも可能である。
順序識別ユニット３０４は、超音波受信ユニット３０２から送られた超音波信号を連続して受信し、各超音波信号の受信タイミングを取得し、その受信タイミングおよび同期ユニット３０３によって取得した同期タイミングに基づいて受信した超音波信号の送信順序を判定する。ここで、受信した超音波信号の送信順序は、超音波信号の送信元（例えば、上述のＵＬＢ送信装置に含まれる超音波送信器）の送信順番に相当する。
順序識別ユニット３０４によって判定された超音波信号の送信順番に基づいて、ＴＯＡ取得ユニット３０５は、ＴＯＡ情報シーケンスを取得し、それを位置計算ユニット３０６に送る。ＴＯＡ情報シーケンスは、各超音波信号に対応するＴＯＡ情報（すなわち、超音波信号の各送信元からＵＬＢ受信装置３００までの到着時間）を含んでいる。
特に、ＴＯＡ取得ユニット３０５は、超音波信号のそれぞれの受信タイミングTD, j（j=1, 2, …, N, ここで、NはＵＬＢ送信装置に含まれる超音波送信器の数である）およびそれらの対応する送信タイミングTUS, i (i=1, …, N)からＴＯＡ情報を計算する。ＴＯＡ取得ユニット３０５が、取得したＴＯＡ情報シーケンスを記憶装置３０７に格納するようにしてもよい。
ＵＬＢ送信装置がポーリング期間を完了したことを示すN番目のＴＯＡ情報TOANを受信すると、位置計算ユニット３０６は、ポーリング期間の間にＴＯＡ取得ユニット３０５によって取得した全てのＴＯＡ情報、およびそれぞれのＴＯＡ情報に対応するそれぞれの超音波送信器の位置から、ＵＬＢ受信装置３００の位置を計算する。
特に、位置計算ユニット３０６は、ＴＯＡ情報シーケンスにおけるそれぞれのＴＯＡ情報に超音波の速度を乗算することにより、それぞれの超音波送信器からＵＬＢ受信装置３００まで距離を取得し、それから、三角測量または多辺測量（multilateration）によって、それぞれの超音波送信器の距離および位置の値に基づいてＵＬＢ受信装置３００の位置を計算する。位置計算ユニット３０６は、計算した受信装置の位置情報を保存のために記憶装置３０７に供給する。
一実施例として、位置計算ユニット３０６が、ＵＬＢ送信装置から受信した、或いは予めローカルに格納されているそれぞれの超音波送信器の位置を直接示す位置情報を利用することにより、位置計算を行なうようにしてもよい。

他の実施例として、位置計算ユニット３０６が、超音波送信器の位置を計算するために、ＵＬＢ送信装置から受信したあるいはローカルに予め格納されているそれぞれの超音波送信器の構造情報を利用することも可能である。

後者の場合において、超音波送信器を含む構造型超音波送信器が中央対称型のトポロジーを有する場合、位置計算ユニット３０６は自動的に中央の超音波送信器の座標を(x1=0,
y1=0, z1=0)と設定する。そのとき、ｉ番目の超音波送信器の座標は以下のように表わされる。
Figure 0005486216
ディスプレイ３０８は、利用者に対するナビゲーションを行なうために、位置計算ユニット３０６によって計算した受信装置の位置を利用者に提示する。
ここで、ディスプレイ３０８としては、ブラウン管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイスクリーン、プラズマ・ディスプレイ・スクリーン、電界ルミネセンススクリーンなどのような、表示機能を実現する全ての表示装置を利用することができる。
実施の形態の変形例として、ＵＬＢ受信装置３００が、利用者に自身の位置を音声で出力するスピーカをさらに含むことも可能である。
（順序識別ユニット）
本発明の本実施の形態による順序識別ユニット３０４の詳細な構成について、図８を参照して説明する。
図８に示すように、順序識別ユニット３０４は、超音波受信タイミング取得部３０４１、超音波送信順判定部３０４２および超音波送信タイミング推測部３０４３を備える。
超音波受信タイミング取得部３０４１は、超音波受信ユニット３０２から送られた超音波信号を受信し、それぞれの超音波信号を受信した受信タイミングTD, j(j=1, 2, …, N, ここで、ＮはＵＬＢ送信装置に含まれる超音波送信器の数を示し、ｊは受信順番を意味する)を取得する。
超音波受信タイミング取得部３０４１は、取得した受信タイミングTD, jを受信順番ｊと関連させてメモリ３０７格納する。
超音波送信順判定部３０４２は、上記付加情報に含まれる超音波送信時間間隔Tintervalに基づいて、受信した超音波信号に対応するそれぞれの超音波送信器の送信順番（ここで、それぞれの超音波信号の送信順番と称する）を判定する。

ｊ番目の受信した超音波信号の受信タイミングTD, jが次の式を満たすと、

T0＋（i−1）×Tinterval≦TD,
j＜T0＋i×Tinterval …
(3)
ここで、T0は、同期ユニット３０３によって取得された同期タイミングである（図７を参照）、
超音波送信順判定部３０４２は、この超音波信号の送信順番i (i= 1,…, N)を判定する。
この方法によって、個々の受信した超音波信号の受信タイミング、および超音波信号が送信される超音波送信器の送信順番は、互いに対応付けることが可能となる。
超音波送信順判定部３０４２は、送信順番ｉと関連した受信した超音波信号の受信タイミングTD, i（i=1, 2, …, N、ＮはＵＬＢ送信装置に含まれる超音波送信器の番号であり、ｉは送信順番を表わす）を記憶装置３０７に格納する。

超音波送信タイミング推測部３０４３は、超音波送信順判定部３０４２によって判定したそれぞれの超音波信号の送信順番（すなわち、対応する超音波送信器の送信順番）に基づいて受信した各超音波信号について送信タイミングを推論する。
バックオフ時間を考慮しないと、その受信タイミングがTD,
iである超音波信号の送信タイミングは次のとおりである。

TUS, i＝T0＋（i−1）×Tinterval
… (4)

上記に基づいて、ＴＯＡ取得ユニット３０５（図７を参照）は、超音波受信タイミング取得部３０４１によって取得した超音波信号の受信タイミング、および、超音波送信タイミング推測部３０４３によって推測されたと同じ送信タイミングから、それぞれの受信超音波信号に対応するＴＯＡ情報サンプルを計算する。
特に、その送信順番が第ｉである超音波送信器からＵＬＢ受信装置３００への到着時間ＴＯＡは、送信順番番号がｉの超音波信号の送信タイミングTUS, iをＵＬＢ受信装置３００によるその超音波信号の受信タイミングTD, iから減算することにより取得される：

TOAi＝TD, i−TUS, I (5)
実際上、ＵＬＢ受信装置３００は超音波信号をすべて検出することができないかもしれない。
例えば、送信順序が第ｉである超音波送信器が受信器から遠く離れて位置し、超音波送信器から放射されてＵＬＢ受信装置３００に到着する超音波信号の強度が、システムで認められたＳＮＲ（信号対雑音比）値より小さいと、ＵＬＢ受信装置３００はそのような超音波信号を検出することができない。

上述したことから分かるように、ＵＬＢ受信装置によって受信されたｊ番目の超音波信号がｊ番目の超音波送信器によって送信されたものでない可能性がある。したがって、超音波信号の受信順番が、超音波信号が送信された超音波送信器の送信順番であると単純に見なすと、間違った位置計算がなされる結果となる。幸いにも、本発明のＵＬＢ受信装置３００の順序識別ユニット３０４を利用することにより、そのような事態を適切に回避することができる。
さらに、 ＵＬＢ受信装置３００およびＵＬＢ送信装置にとってバイト同期を達成することは簡単であるが、ＵＬＢ受信装置３００においては、プリエンプション（Preemption）（ハードウェア／ソフトウェア割り込みなど）によるソフトウェアオーバーヘッドおよび妨害のために、ビット・オフセットがある。

すなわち、ＵＬＢ受信装置によって取得された同期タイミングT0は、ＵＬＢ送信装置のＲＦ送信タイミングより遅れる。

ここで、同期遅れ（ビット同期エラー）の量をTdelayと表わす。

同期遅れを取り除くために、ビット・オフセットが、ＵＬＢ受信装置側で測定され、同期遅れTdelayを補正するために利用される。

補正の後、ＵＬＢ送信装置の正確なＲＦ送信タイミングT0-Tdelay（すなわち、修正した同期タイミング）が、ＵＬＢ受信装置によって取得される。

図９は、本発明の実施の形態に従って、ＵＬＢ送信装置のバックオフ時間Tbackoff、および考慮に入れたＵＬＢ受信装置の同期遅れを有するＵＬＢ受信装置のタイムラインチャートを示す。

図９に示すように、ＵＬＢ受信装置は、時間T0でＵＬＢ送信装置との同期を達成する。

ビット補正で、ＵＬＢ受信装置は訂正されたＲＦ送信タイミングT0-Tdelayを取得し、T0−Tdelay＋Tbackoffのように、第１の超音波信号（本実施例における超音波送信器１によって放射された超音波信号）の送信タイミングを推測するためにバックオフ時間にそれを追加する。

その後、超音波送信器２、超音波送信器３、・・・超音波送信器ｎの送信タイミングは、T0−Tdelay＋Tbackoff＋Tinterval, T0−Tdelay＋Tbackoff＋2Tinterval, …T0−Tdelay＋Tbackoff＋（n−1）Tintervalのように推測される。

図示の例においては、ＵＬＢ受信装置は、
（T0−Tdelay＋Tbackoff，T0−Tdelay＋Tbackoff＋Tinterval）の間であると判定されるTD, 1で第１の超音波信号を受信し、それにより、第１の超音波信号が、第１の超音波送信器（超音波送信器１）によって送信されたと判定され、TD,
1が記録される。

その後、ＵＬＢ受信装置は、図示のように、（T0−Tdelay＋Tbackoff＋2Tinterval，T0−Tdelay＋Tbackoff＋3Tinterval）の間であると判定されるTD, 2で第２の超音波信号を受信し、第２の超音波信号が、第３の超音波送信器（超音波送信器３）によって送信されたと判定され、TD,
3が記録される。

この方法によって、ＵＬＢ受信装置によって受信された超音波信号のそれぞれを送信した超音波送信器を判定することができる。


続いて、それぞれの超音波送信器の取得された送信タイミングおよび受信した超音波信号の受信タイミングは、ＴＯＡ情報シーケンスを計算するために式（５）に代入される。
上述したように、構造型超音波送信器の送信時間間隔Tintervalは、この時間間隔で超音波信号の消失を保証するように十分に長い。



（連続三角測量位置計算ユニット）
上記実施の形態によるＵＬＢ受信装置３００の位置計算ユニット３０６は、三角測量または多辺測量によって、ポーリング期間内のすべてのＴＯＡ情報に基づいてＵＬＢ受信装置３００の位置を計算する。
この場合、ＵＬＢ受信装置３００の位置はポーリング期間毎に一度修正される。

しかしながら、ＵＬＢ受信装置３００を所持する対象が移動している時、ＵＬＢ受信装置３００によって取得されるＴＯＡ情報は明らかに１つの位置からのものではない。

したがって、様々な位置からのＴＯＡ情報がＵＬＢ受信装置３００の位置を計算するために利用されると、それは間違った位置結果を与えることになる。
上述した理由で、本発明の実施の形態では、位置計算ユニット３０６の代わりに、連続三角測量位置計算ユニットを利用する。
以下、連続三角測量位置計算ユニットの構成について図１０を参照して説明する。図１０は、本実施の形態による連続三角測量位置計算ユニット４０６の詳細な構成を例示するブロック図である。
図１０に示すように、連続三角測量位置計算ユニット４０６は、連続三角測量部４０６１、連続メディアンフィルタ部４０６２および径路取得部４０６３を備える。
連続三角測量部４０６１は、ＴＯＡ取得ユニット３０５によって取得されたＴＯＡ情報シーケンスに沿って３つの長さスライディングウィンドウを適用する（図７を参照）。
特に、図１１に示されるように、連続三角測量部４０６１は、上記ＴＯＡ取得ユニット３０５におけるポーリング期間内のすべてのＴＯＡサンプルの代わりに、一時的に隣接する３つのＴＯＡ情報サンプルを三角測量に利用する。
初期の位置サンプルのシーケンスLocation'1,
Location'2, …, Location'N-2は、連続三角測量部４０６１によって取得される。
連続メディアンフィルタ部４０６２は、ポーリング期間におけるＵＬＢ受信装置のリアルタイム位置を得るために、連続三角測量部４０６１によって取得された初期の位置サンプル・シーケンスから外れ値を除去するために利用される。

Locationi
= Median(Location'I)
… (6)

ここで、I=1, 2, …, N-2, i = 1, 2, …,
n, かつn≦N-2である。
径路取得部４０６３は、連続メディアンフィルタ部４０６２からのリアルタイム位置サンプルに基づいてＵＬＢ受信装置のリアルタイムの移動径路を取得する。
その結果的、利用者自身のリアルタイムの移動径路は、ディスプレイ上で利用者に提示することが可能である。

（位置ビーコンの連続送信）

以下、本発明の実施の形態による、具体例としてＲＦ信号および超音波信号を含む位置ビーコンを利用して連続して位置ビーコンを送信する処理について説明する。
図１２は、本実施の形態によるＵＬＢ連続送信処理を示すフローチャートである。
具体例として、図３のＵＬＢ送信装置１００の処理について説明する。
図１２に示されるように、まず、タイミング生成手段１０３１が、所定の周期で、例えばＲＦ送信タイミング信号を生成し、超音波送信制御手段１０３２およびＲＦ発信機１０１に生成したＲＦ送信タイミング信号を出力する（ステップＳ１）。
ＲＦ送信タイミング信号は、ＲＦ送信器１０１のＲＦ送信期間（またはポーリング期間と称する）を規定する。
ＲＦ送信タイミング信号を受信すると、ＲＦ送信器１０１は、同期情報を含むＲＦ信号を送信する（ステップＳ２）。
他の実施例では、ＲＦ送信器１０１は、必要に応じて以下の付加情報を送信する。
一例として、ＲＦ送信器１０１はさらに必要に応じて次の付加情報を送信することが可能である。構造型超音波送信器１０２の送信器位置判定情報、超音波送信器の送信時間間隔及び（又は）バックオフ時間に関する情報。様々なアプリケーション・シナリオに応じて、送信器位置判定情報は、超音波送信器の構造的情報あるいは座標などによって直接各超音波送信器の位置を示す位置情報などである。超音波送信器の構造的情報は、例えば、超音波送信器の数、超音波送信器の間の間隔、構造型超音波送信器のトポロジーなどである。
同時に、超音波送信制御手段１０３２は、連続して所定時間間隔で超音波信号を送信するために構造型超音波送信器１０２にそれぞれの超音波送信器を制御するための超音波送信タイミング信号シーケンスを生成し、その超音波送信タイミング信号シーケンスを構造型超音波送信器１０２に送る（ステップＳ３）。
超音波送信器の送信能力に応じて、所定時間間隔（すなわち、超音波送信時間間隔Tinterval）は空中における超音波信号の経過期間より長く選択される。すなわち、超音波送信器によって送信された超音波信号は、完全にそのような時間間隔内で消滅する。
さらに、ＵＬＢ送信装置のバックオフ時間を考慮すると、ＲＦ送信期間は次のようにになる：
ＲＦ送信期間 ＝ （ＵＬＢ送信装置１００内の超音波送信器の数−１）＊ＵＳ送信時間間隔Tinterval ＋ バックオフ時間Tbackoff。
次に、構造型超音波送信器に含まれる超音波送信器１０２＿１〜１０２＿ｎは、超音波送信制御手段１０３２から送られた超音波送信タイミング信号シーケンスに基づいて所定の間隔で超音波信号を連続して送信する（ステップＳ４）。

超音波信号伝送のポーリング期間の後、処理は、続くステップと一緒に繰り返されるステップＳ１に戻る。
この方法によって、ＵＬＢ送信装置１００は、同期情報を含んでいるＲＦ信号、および超音波信号系列を連続して送信する。
他の実施例では、位置ビーコン送信処理は、循環的に位置ビーコンを送信せずに、ポーリング期間の後に終了する。
以下、図１３を参照して、本発明の実施の形態による、一例としてＲＦ信号および超音波信号を含む位置ビーコンを利用したＵＬＢ受信処理について説明する。
図１３は、実施の形態によるＵＬＢ受信処理を示すフローチャートである。ここでは、一例として、図７におけるＵＬＢ受信装置３００について説明する。
図１３に示すように、ＵＬＢ受信装置３００が起動すると、ＲＦ受信ユニット３０１がＵＬＢ送信装置から送信された同期情報を含むＲＦ信号を受信する（ステップＳ１１）。

同期情報を検出すると、ＲＦ受信ユニット３０１は超音波受信トリガー信号を生成し、それを超音波受信ユニット３０２に送る。その後、処理はステップＳ１２に進む。同期情報を検出しない場合、ステップＳ１１における検出処理を続ける。
他の例として、ステップＳ１１で、ＲＦ受信ユニットが、上述した付加情報を含むＲＦ信号をさらに受信し、それを同期ユニット３０３に送ることも可能である。
ステップＳ１２で、ＲＦ受信ユニット３０１からの超音波受信トリガー信号を受信すると、超音波受信ユニット３０２は、超音波信号の受信を開始し、順序識別ユニット３０４に受信した超音波信号を送る。その後、処理はステップＳ１３に進む。
ステップＳ１３で、ＲＦ受信ユニット３０１から受信したＲＦ信号に含まれる同期情報に基づいて、同期ユニット３０３は、ＵＬＢ送信装置と同期し、同期タイミングT0を取得する。同期タイミングT0は、ＵＬＢ送信装置のＲＦ送信タイミング（すなわち、ＵＬＢ送信装置がバックオフ時間Tbackoffを考慮せずに、第１の超音波信号を送信するタイミング）を表わす。ＲＦ受信ユニット３０１が上述の付加情報を含むＲＦ信号をさらに受信する場合、同期ユニット３０３はステップＳ１３でＲＦ信号から付加情報を抽出する。その後、処理はステップＳ１４に進む。
ステップＳ１４で、順序識別ユニット３０４は、超音波受信ユニット３０２から送られた超音波信号を連続して受信し、各超音波信号の受信タイミングを取得し、その受信タイミング及び同期ユニット３０３によって取得された同期タイミングに基づいて受信した超音波信号の送信順序を判定する。
その後、処理はステップＳ１５に進む。
ステップＳ１５で、順序識別ユニット３０４によって判定された超音波信号の送信順番に基づいて、ＴＯＡ取得ユニット３０５は、ＴＯＡ情報シーケンスを取得し、位置計算ユニット３０６に送る。

特に、ＴＯＡ取得ユニット３０５は、それぞれの超音波信号の受信タイミングおよびそれらの対応する送信タイミングからＴＯＡ情報サンプルを計算する。その後、その処理はステップＳ１６に進む。
ステップＳ１６で、位置計算ユニット３０６は、最後の超音波送信器（ＵＬＢ送信装置にｎ個の超音波送信器がある場合、送信順番ｎを有する超音波送信器）に相当するＴＯＡ情報サンプルが受信しているかどうかを判定する。

受信していない場合、処理はＴＯＡ情報の取得を継続するためにステップＳ１５に戻る。反対に、受信していれば、それはＵＬＢ送信装置が送信のポーリング期間を完了したことを示す。その後、処理はＳ１７に進む。
ステップＳ１７で、位置計算ユニット３０６は、ＴＯＡ情報シーケンスに含まれるそれぞれのＴＯＡ情報サンプルに対応するそれぞれの超音波送信器のポーリング周期および位置におけるＴＯＡ情報シーケンスから、ＵＬＢ受信装置３００の位置を計算する。
ここで、位置計算ユニット３０６は、三角測量または多辺測量による位置計算を実行する。
一例として、位置計算ユニット３０６は、ＵＬＢ送信装置から受信した、或いは予めローカルに格納されているそれぞれの超音波送信器の位置を直接示す位置情報を利用することにより、位置計算を行なうようにしてもよい。

他の実施例として、位置計算ユニット３０６が、超音波送信器の位置を計算するために、ＵＬＢ送信装置から受信したあるいはローカルに予め格納されているそれぞれの超音波送信器の構造情報を利用することも可能である。
以下、本発明の実施の形態による超音波信号送信順序を識別する処理について、図１４を参照して詳細に説明する。
図１４は、本実施の形態による超音波パルス送信順序を識別する処理を示すフローチャートである。例として、図８における順序識別ユニット３０４に関して説明する。
図に示すように、ステップＳ２１で、超音波受信タイミング取得部３０４１は、超音波受信ユニット３０２から送られた超音波信号を連続して受信し、受信タイミングTD, j（j=1, 2, …,ここで、ＮはＵＬＢ送信装置に含まれる超音波送信器の数）を取得する。
次に、ステップS２２で、上述の付加情報に包含される超音波送信時間間隔Tintervalに基づいて、超音波送信順判定部３０４２は、受信した超音波信号のそれぞれがどの超音波送信器から送信されたかを判定する。すなわち、それぞれの超音波信号の送信順番を判定する。

特に、第１の超音波送信器の送信タイミングから始まる期間は、いくつかの間隔に分割される。

例えば、バックオフ時間およびビット同期エラーを考慮しなければ、ｉ番目の間隔(i=1,
2, …, N)は、（T0＋（i−1）×Tinterval，T0＋i×Tinterval）の間隔を表す。

受信したｊ番目の超音波信号の受信タイミングTD,
jがｉ番目の間隔に属するならば（すなわち、上記式（３）が満たされるならば）、超音波信号の送信順番がｉであることを示す。
これにより、個々の受信した超音波信号の受信タイミングと超音波信号を送信した超音波送信器の送信順番が、互いに対応付けられる。

その後、その処理はステップＳ２３に進む。
ステップＳ２３で、超音波送信タイミング推測部３０４３は、ステップＳ２２で判定されたそれぞれの超音波信号の送信順番に基づいて受信した超音波信号の各々について送信タイミングを推測する。

上記の実施例で、受信タイミングがTD,
i（すなわち、送信順番がｉである受信超音波信号の受信タイミング）である超音波信号は、送信タイミングTUS,
i＝T0＋（i−1）×Tintervalを有する。
その後、超音波信号伝送順番を識別する処理が終了する。
ＵＬＢ送信装置のバックオフ時間TbackoffおよびＵＬＢ受信装置のビット同期エラー（ビット・オフセット）Tdelayが考慮に入れられると、ステップＳ１３で得られた同期タイミングT0はＲＦ送信タイミングおよび第１の超音波信号の送信タイミングを表わすために利用することができない。

この時、ＲＦ送信タイミングは、T0-Tdelayと推測し、第１の超音波信号の送信タイミングは、T0−Tdelay＋Tbackoffと推測することが可能である。

この場合、送信順番を識別する上記の処理において、送信順番判定のために利用される間隔は、（T0−Tdelay＋Tbackoff＋(i-1)*Tinterval，T0−Tdelay＋Tbackoff＋i*Tinterval）と表わされる。

また、その受信タイミングがTD,iである超音波信号について、その送信タイミングは、TUS, i＝T0−Tdelay＋Tbackoff＋（i−1）*Tintervalに変更される。
上述したように、ＵＬＢ受信装置を携帯した対象が移動している時、受信器の位置を単純に三角測量または多辺測量によって計算すると、間違った位置計算がなされる結果となる。

幸いに、本発明による連続的三角測量位置計算の方法を利用することにより、そのような事態を適切に回避することができる。

図１５は、本発明の他の実施の形態によるＵＬＢ受信処理を示すフローチャートである。図１５におけるステップＳ３１〜Ｓ３５の処理は、図１３におけるステップＳ１１〜Ｓ１５と同じであり、重複する説明は省略する。
ステップＳ３６で、連続三角測量部４０６１（図１０を参照）は、ＴＯＡ取得ユニット３０５から送られたＴＯＡ情報シーケンスを連続して受信し、一時的に近隣する３つのＴＯＡ情報サンプルを三角測量のための利用するためにＴＯＡ情報シーケンスに沿って３長さスライディングウィンドウを適用する、
その後、初期位置サンプルのシーケンスが取得される。
続いて、ステップＳ３７で、ＵＬＢ受信装置のリアルタイム位置を得るためにステップＳ３６に取得された初期位置サンプル・シーケンスから外れ値を除去するために、連続メディアンフィルタ部４０６２が利用される。
実施の形態のＵＬＢ受信処理によってポーリング周期において取得される対象の複数のリアルタイム位置は、よりよい位置測定精度をもたらす。

本実施の形態において、対象のリアルタイムの移動径路は、対象の取得されたリアルタイム位置に基づいて得ることが可能である。その結果、利用者のリアルタイムの移動経路を、ディスプレイ上に提示することが可能となる。

本実施の形態のＵＬＢ受信処理には、対称の位置あるいはリアルタイムの移動経路をディスプレイに表示する表示ステップを含むことも可能である。
あるいは、本実施の形態のＵＬＢ受信処理は、音声で対象の位置を出力するステップを含むこともできる。
上述の処理を通して、ＵＬＢ受信装置は、停止しない限り、ナビゲーションを実行するためにそれ自身のリアルタイム位置を取得し続ける。

（拡張および変形）
本発明を実施の形態をあげて説明したが、それらが限定的であるというよりむしろ一例であることは当業者によって十分に理解されるであろう。

本発明はその特定の実施の形態に関して説明されているが、上述の開示内容において種々の変形、変更および置き換えが可能である。

また、ある他の例において、本発明の実施の形態の特徴が、本発明の範囲および精神を外れることなく、他の特徴の対応する利用なしで適用できることは十分に理解されるであろう。

したがって、本発明の本質的な範囲に特定の状況あるいは構成要素を適応させるために多くの変形がなされる。本発明は全ての実施の形態、および添附された請求の範囲内にある同等の事項を含む。
上記実施の形態において、ＵＬＢ送信装置は、ＲＦ送信器および構造型超音波送信器の送信タイミングの制御のために個別の送信タイミングコントローラを含んでいる。しかし、送信タイミングコントローラは、ＲＦ送信器に部分的にあるいは完全に組み込むことが可能である。
さらに、上記の実施の形態において、送信タイミングコントローラは超音波送信タイミングシーケンスを生成し、それぞれの超音波送信器に連続して超音波送信タイミング信号を送信する。

しかしながら、送信タイミングコントローラが、すべての超音波送信器にＲＦ送信タイミング信号を送信し、その後、ＲＦ送信タイミング信号に基づいて、それぞれの超音波送信器がそれぞれの時期後に超音波信号を送信することも可能である。

実際に、構造型超音波送信器において超音波送信器が所定の間隔で連続して超音波信号を送信しさえすれば、それは任意の方法で実行することができる。

さらに、説明の簡素化のために、ＲＦ送信器および第１の超音波送信器は、上記の実施の形態において別々に配列されている。しかしながら、これらの２つの装置は単一の装置に統合することも可能である。
さらに、上記の実施の形態では、ＲＦ受信ユニットは、超音波受信ユニットの受信動作を引き起こすために超音波受信トリガーユニットを含んでいる。
しかしながら、この超音波受信トリガーユニットは必ずしも備える必要がない。順番識別ユニットは、ＲＦ同期の前に受信した超音波信号を廃棄して、同期後に受信した超音波信号だけを使用することが可能である。
さらに、構造型超音波送信器は一定の送信時間間隔を有する。しかしながら、種々の適用例によって、必要に応じて様々な送信時間間隔を設定することも可能である。
さらに、説明を簡単にするために、上記の実施の形態のＵＬＢ受信装置は、他の構成要素と別々に構成された記憶装置を含んでいる。しかし、記憶装置は必要に応じて各構成要素に備えることも可能である。

記憶装置は、例えば、電子記憶デバイス、磁気記憶デバイス、光学記憶デバイス、電磁気記憶デバイス、赤外線記憶デバイス、半導体記憶デバイス及び装置、システム、伝播媒体、あるいはコンピュータ・メモリなどを含み、これらに限定されない。
必要に応じて、ハードウェアまたはソフトウェアによってステップを実行することが可能である。

本発明の範囲から外れない限り、本明細書で示したフローチャートにおけるステップについて、ステップを追加し、ステップを省き、或いはステップを修正することが可能である。

さらに、明細書に示された様々な処理については、それらが説明に基づいて順番に実行されるとは限らない。代わりに、それらの処理が、必要に応じて、あるいは、処理を実行する装置の処理性能を考慮して、並列にあるいは別々に実行することが可能である。

一般に、フローチャートは機能を達成する基本動作の１つの可能なシーケンスを示すために利用されるだけである。

図において示された１以上の要素が、さらに分離され又は統合する方法で実現することができ、あるいは、ある場合には実施できないものとして取り除かれ又は放棄され、特定用途に合わせて有用なものとなることは十分に理解できるであろう。
さらに、図面の信号の矢印も一例として見なされるべきであり、特に言及されない限りそれに制限されるものではない。更に、「あるいは」の用語は、そうではないことが示されない限り、一般に「及び／又は」の意味に用いられている。
２０：ＵＬＢ送信装置
３０：受信装置
１００：超音波位置ビーコン（ＵＬＢ）送信装置
１０１：ＲＦ送信器
１０２：構造型超音波送信器
１０３：送信タイミング制御装置
１０３１：タイミング生成手段
１０３２：超音波送信制御手段
２００：ＵＬＢ送信装置
３００：ＵＬＢ受信装置
３０１：ＲＦ受信ユニット
３０２：超音波受信ユニット
３０３：同期ユニット
３０４：順序識別ユニット
３０５：ＴＯＡ取得ユニット
３０６：位置計算ユニット
３０７：記憶装置
３０８：ディスプレイ
３０１１：超音波受信トリガユニット
３０３１：付加情報抽出ユニット
３０４：順序識別ユニット
３０４１：超音波受信タイミング取得部
３０４２：超音波送信順判定部
３０４３：超音波送信タイミング推測部
４０６：連続三角測量位置計算ユニット
４０６１：連続三角測量部
４０６２：連続メディアンフィルタ部
４０６３：径路取得部

Claims (19)

  1. 送信装置からの位置ビーコンを受信する位置ビーコン受信装置であって、
    同期情報を含む第１信号を受信する第１信号受信器と、
    第２の信号を連続して受信する第２信号受信器と、
    前記第１信号に含まれる同期情報を利用して前記送信装置との同期をとり、同期タイミングを取得する同期ユニットと、
    前記同期タイミングに基づいて前記第２信号受信器によって受信した前記第２信号のそれぞれの送信順番を識別する順番識別ユニットと、
    前記順番識別ユニットによって識別したそれぞれの第２信号の送信順序に基づいて各第２信号に対応するＴＯＡ情報シーケンスを取得するＴＯＡ取得ユニットと、
    ｎ（ｎは第２信号送信元の数）番目のＴＯＡ情報を前記ＴＯＡ取得ユニットから受信すると、各第２信号の送信元の位置と、前記ＴＯＡ取得ユニットによって取得した前記ＴＯＡ情報シーケンスに基づいて、前記受信装置の位置を計算する位置計算ユニットとを備え、
    前記第１信号受信器は、
    前記第２信号の送信元の送信元位置決定情報、前記第２信号送信元の送信時間間隔情報、第１信号の送信元の送信タイミングの、一部又は全てを受信し、
    前記送信元位置決定情報は、
    前記第２信号の送信元の構成情報であり、
    前記順番識別ユニットは、
    最初の第２信号送信元の送信タイミングから始まる期間を、送信時間間隔でｎ（ｎは第２信号送信元の数）間隔に分割し、第２の信号の受信タイミングがｉ（i=1, 2, …, n）番目の間隔にあると、受信した別の信号の送信順番がｉであると判定する送信順番判定部と、
    前記送信順番判定部によって判定された送信順番に基づいて、受信した各第２信号について送信タイミングを推測する第２信号送信タイミング推測部を備え、
    前記位置計算ユニットは、
    前記構成情報に基づいて、ｉ番目の前記第２信号の送信元の位置を判定する
    ことを特徴とする位置ビーコン受信装置。
  2. 前記第１信号は、無線周波数信号、マイクロ波信号あるいは赤外線信号であり、前記第２の信号は、超音波信号であることを特徴とする請求項１に記載の位置ビーコン受信装置。
  3. 前記第２信号の送信元の送信元位置決定情報、前記第２信号送信元の送信時間間隔情報、前記第１信号の送信元の送信タイミングと、同期情報を含む前記第１信号の送信タイミングの間の時間遅れであるバックオフ時間の、一部又は全てを予め格納するメモリをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の位置ビーコン受信装置。
  4. 前記ＴＯＡ取得ユニットは、各第２信号の受信タイミングから受信した各第２信号の送信タイミングを引くことにより、各第２信号に対応する前記ＴＯＡ情報シーケンスを計算することを特徴とする請求項１に記載の位置ビーコン受信装置。
  5. 最初の前記第２信号送信元の送信タイミングは、同期タイミング、あるいは前記同期タイミングにバックオフ時間を追加して得られるタイミングであることを特徴とする請求項１に記載の位置ビーコン受信装置。
  6. 前記同期ユニットは、
    ビット同期技術の利用によりビット同期エラーを補正し、同期タイミングからビット同期エラーを引くことによって訂正された同期タイミングを取得するビット同期部を備えることを特徴とする請求項５に記載の位置ビーコン受信装置。
  7. 前記第１信号受信器が最初の第１信号を受信してから前記第１信号受信器が２番目の前記第１の信号を受信するまでの期間が放射期間であり、
    前記位置計算ユニットは、
    前記ＴＯＡ取得ユニットによって取得したＴＯＡ情報シーケンスに沿って３つの長さのスライディングウィンドウを適用し、前記放射期間における一時的に隣接する３つのＴＯＡ情報サンプルと、各前記第２信号送信元の位置に基づいて、前記受信装置の位置をリアルタイムに計算し、それにより前記放射期間における受信装置の一連の位置情報を取得する連続三角測量部と、
    前記放射期間における前記受信装置の複数のリアルタイム位置を取得するために、前記一連の位置情報からどのような外れ値も除去する連続メディアンフィルタ部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の位置ビーコン受信装置。
  8. 前記位置計算ユニットは、
    前記構成情報と、前記第２信号送信元の数に基づいて、ｉ番目の前記第２信号の送信元の位置を判定する
    ことを特徴とする請求項１に記載の位置ビーコン受信装置。
  9. 前記位置計算ユニットは、
    前記構成情報と、前記第２信号送信元の数に基づいて、以下の式
    Figure 0005486216
    により、ｉ番目の前記第２信号の送信元の位置を判定する
    ことを特徴とする請求項８に記載の位置ビーコン受信装置。
  10. 送信装置からの位置ビーコンを受信する受信装置における位置ビーコン受信方法であって、
    第１信号受信器で、同期情報を含む第１信号を受信し、
    第２信号受信器で、第２の信号を連続して受信し、
    同期ユニットで、前記第１信号に含まれる同期情報を利用して前記送信装置との同期をとり、同期タイミングを取得し、
    順番識別ユニットで、前記同期タイミングに基づいて前記第２信号受信器によって受信した前記第２信号のそれぞれの送信順番を識別し、
    ＴＯＡ取得ユニットで、前記順番識別ユニットによって識別したそれぞれの第２信号の送信順序に基づいて各第２信号に対応するＴＯＡ情報シーケンスを取得し、
    ｎ（ｎは第２信号送信元の数）番目のＴＯＡ情報を前記ＴＯＡ取得ユニットから受信すると、位置計算ユニットで、前記第２信号受信器によって受信した各第２信号の送信元の位置と、前記ＴＯＡ取得ユニットによって取得した前記ＴＯＡ情報シーケンスに基づいて、前記受信装置の位置を計算し、
    前記第１信号受信器で、
    前記第２信号の送信元の送信元位置決定情報、前記第２信号送信元の送信時間間隔情報、第１信号の送信元の送信タイミングの、一部又は全てを受信し、
    前記送信元位置決定情報は、
    前記第２信号の送信元の構成情報であり、
    前記順番識別ユニットが、
    最初の第２信号送信元の送信タイミングから始まる期間を、送信時間間隔でｎ（ｎは第２信号送信元の数）間隔に分割し、第２の信号の受信タイミングがｉ（i=1, 2, …, n）番目の間隔にあると、受信した別の信号の送信順番がｉであると判定する送信順番判定ステップと、
    前記送信順番判定ステップによって判定された送信順番に基づいて、受信した各第２信号について送信タイミングを推測する第２信号送信タイミング推測ステップを有し、
    前記位置計算ユニットで、
    前記構成情報に基づいて、ｉ番目の前記第２信号の送信元の位置を判定する
    ことを特徴とする位置ビーコン受信方法。
  11. 前記第１信号は、無線周波数信号、マイクロ波信号あるいは赤外線信号であり、前記第２の信号は、超音波信号であることを特徴とする請求項１０に記載の位置ビーコン受信方法。
  12. 前記ＴＯＡ取得ユニットで、
    各第２信号の受信タイミングから受信した各第２信号の送信タイミングを引くことにより、各第２信号に対応する前記ＴＯＡ情報シーケンスを計算することを特徴とする請求項１０に記載の位置ビーコン受信方法。
  13. 最初の前記第２信号送信元の送信タイミングは、同期タイミング、あるいは前記同期タイミングにバックオフ時間を追加して得られるタイミングであることを特徴とする請求項１０に記載の位置ビーコン受信方法。
  14. 前記同期ユニットが、
    ビット同期技術の利用によりビット同期エラーを補正し、同期タイミングからビット同期エラーを引くことによって訂正された同期タイミングを取得するステップを含むことを特徴とする請求項１３に記載の位置ビーコン受信方法。
  15. 最初の前記第１信号を受信してから２番目の前記第１の信号を受信するまでの期間が放射期間であり、
    前記位置計算ユニットが、
    前記ＴＯＡ取得ユニットで取得したＴＯＡ情報シーケンスに沿って３つの長さのスライディングウィンドウを適用し、前記放射期間における一時的に隣接する３つのＴＯＡ情報サンプルと、各前記第２信号送信元の位置に基づいて、前記受信装置の位置をリアルタイムに計算し、それにより前記放射期間における受信装置の一連の位置情報を取得する連続三角測量ステップと、
    前記放射期間における前記受信装置の複数のリアルタイム位置を取得するために、前記一連の位置情報からどのような外れ値も除去する連続メディアンフィルタリングステップを含むことを特徴とする請求項１０に記載の位置ビーコン受信方法。
  16. 前記位置計算ユニットで、
    前記構成情報と、前記第２信号送信元の数に基づいて、ｉ番目の前記第２信号の送信元の位置を判定する
    ことを特徴とする請求項１０に記載の位置ビーコン受信方法。
  17. 前記位置計算ユニットで、
    前記構成情報と、前記第２信号送信元の数に基づいて、以下の式
    Figure 0005486216
    により、ｉ番目の前記第２信号の送信元の位置を判定する
    ことを特徴とする請求項１６に記載の位置ビーコン受信方法。
  18. 対象の位置計算のために信号を発する中央対称型の送信装置であって、
    第１の信号を発信する発信器と、
    第２の信号を発信する複数の第２信号発信器を備え、
    各前記第２の信号発信器の座標は、前記送信装置の中央座標を設定したときに、前記第２の送信器の数Ｎに基づいて、所定の式により中央座標の周囲に、中央座標から所定の距離に配置され、
    前記第２の信号は、各前記第２の発信器から順番に送信される
    ことを特徴とする送信装置。
  19. 複数の前記第２の信号の送信間隔は、３０から４０ミリ秒の間で選択されることを特徴とする請求項１８に記載の送信装置。
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